關于綠色建筑設計理念在房屋建筑設計中的實踐探討*

雷 赟

(廣州市住宅建筑設計院有限公司山西分公司 太原 030000)

綠色建筑設計理念是指在建筑設計中,采用能源節約、環境保護、生態平衡、健康舒適等方面的設計原則,實現對環境的最小化影響,提高建筑的節能性、環保性和可持續性。在當前環保意識逐漸普及的背景下,綠色建筑設計理念已經成為未來房屋建筑設計的趨勢,也是社會可持續發展的重要組成部分。

從建筑全生命周期來看,綠色建筑有節約建筑建造及運營成本、降低使用能耗、提高資源使用效率、提高設備使用效率、優化室內空氣質量等顯著優勢。

1 綠色建筑設計原則

1.1 系統協同

綠色建筑設計理念需要結合建筑全生命周期進行統籌設計;同時需要所有專業交叉配合、平衡各專業之間的利弊,以實現其高效、可持續的運行使用,因此系統協同的進行設計工作是根本原則。

1.2 因地制宜、生態平衡

綠色建筑應當是高度融合于其所處環境的建筑。設計應當根據不同的地理位置進行建筑設計,同時最大化平衡與周邊生態的關系,充分尊重自然,而不是千篇一律。

1.3 經濟適用、節能高效

綠色建筑要對建筑全生命周期運行成本進行估算,評估建筑的投入和產出,選擇最優方案,在保證資源節能和設備高效的同時,使建筑在設計、施工、運行三方面經濟成本最小,實現建筑的可持續發展。

1.4 功能舒適

建筑歸根結底服務于使用人,綠色建筑更要本著有益于身心健康的原則,營造出舒適的聲、光、熱、空氣等室內環境。

2 綠色建筑設計實踐方法

2.1 整體規劃設計

綠色建筑強調建筑與城市、場地的和諧共處,從規劃設計階段就融入綠色建筑設計理念,定好綠色建筑設計方向。

2.1.1 因地制宜

根據所處地理位置、氣候特點等客觀條件做好整體概念設計,為單體建筑的可持續運營創造必要條件。例如位于卡塔爾首都多哈的卡塔爾國家博物館(見圖1),地處典型的熱帶氣候區,夏季炎熱干燥,因此設計師將氣候因素與國家地緣文化相結合,提煉出沙漠玫瑰的設計元素,構成建筑屋頂的圓盤型挑檐,太陽從東西兩個方向照射建筑時,圓盤挑檐形成較長的保護陰影,同時減少建筑開窗面積,為數不多的的窗戶也設在永久陰影處,大大降低了室內空間的制冷能耗,充分照顧了建筑所承載的文化需求。

圖1 卡塔爾國家博物館

2.1.2 充分利用場地現狀生態環境

規劃設計應充分結合原場地的現狀條件,結合景觀規劃實現建筑與自然和諧共生。例如,位于巴西圣保羅市的圣保羅商務大樓(見圖2),在總體規劃之初,保留了基地原址的171棵現存樹木,同時引進上百棵大西洋森林樹種,植冠達到12層,同時使用穿孔金屬板步道,充分利用水處理系統,用于塔樓制冷及基地灌溉。場地內的噴泉和植被形成了較為涼爽宜人的場地微氣候,有效減少了建筑內部能耗。

圖2 圣保羅商務大樓

2.1.3 利用可再生能源

根據當地適合利用的風能、太陽能、地源熱泵等能源替代傳統能源來統籌設計。例如位于巴林王國群島的的巴林世貿中心(見圖3),利用靠近海域的天然風力,在雙子樓之間設置了3座大型風力渦輪,支持該建筑約11%的用電。

圖3 巴林世貿中心

2.2 單體方案設計

2.2.1 平面設計

建筑單體平面布局應具有可變性和適應性,隨著使用功能的發展和變化靈活可變,能夠適應時代的需求。在平面布局上,綠色建筑設計方法要求優化建筑的使用空間和能源效率,采用緊湊的布局來減少建筑的表面積,降低體形系數,從根源上減少建筑自身能耗,而非為了建筑造型本末倒置,例如,2019年建于北京奧林匹克公園中心區的亞洲金融大廈(見圖4),布局方正緊湊,所有辦公空間圍繞9個采光中庭組團布置,充分利用自然光照并最大化減少了建筑外表面引起的能耗。

圖4 亞洲金融大廈

2.2.2 立面選材

在立面選材方面,綠色建筑要求選擇可再生或可回收的材料,以減少對環境的影響,新型環保建材利用廢渣及垃圾等廢棄物,在加工過程中采用清潔工藝,安全耐用。例如采用Low-E 玻璃來代替普通玻璃,夏季隔熱,冬季保溫,降低噪音;采用自重輕、易清潔、抗沖擊能力強的陶板代替傳統的天然石材,美觀且耐久。整體滿足低能耗、無污染、多功能。例如,2014年巴西世界杯亞馬遜競技場項目(見圖5),該建筑位于地處南美洲熱帶雨林氣候的巴西,因此建筑設計要解決的主要問題是隔熱問題,據此設計者將屋面和外立面由半透明玻璃纖維薄膜覆蓋,該材料表面經過低輻射涂層處理,可以通過反射熱量達到冷卻建筑體的效果,降低制冷能耗的同時,增加了建筑舒適度。

圖5 亞馬遜競技場

2.2.3 室內環境

室內環境主要由聲、光、熱等內容構成。在聲學設計中,綠色建筑設計方法要求采用隔音材料和技術,以減少建筑內外噪音的影響,例如,采用隔音墻體、地面和天花板以及安裝隔音門窗等措施,通過合理的布局和通風來降低噪音水平,提高室內舒適度。在光學設計方面,綠色建筑設計方法要求最大化利用自然光線,減少對室內照明的依賴,例如,采用高效的窗戶設計和天窗或采光井等措施,以便在白天能夠最大限度地利用自然光,還可以使用節能的照明設備和自動控制系統,以減少能源消耗和污染。熱學設計理念下,綠色建筑設計方法要求采用高效的隔熱材料和技術,以減少建筑的能源消耗,例如,采用高效的隔熱墻體、屋頂和地面以及使用節能的采暖和空調系統,還可以利用太陽能和地熱能等可再生能源源來提供熱能,進一步減少能源消耗。例如新加坡星商業綜合體項目,內部運用計算流體力學,優化了自然通風,利用空氣自身流動為室內創造了相對舒適的熱環境,有效減少了制冷能耗,同時采用機械通風輔助自然通風的混合通風裝置,運用高容量、低轉速的風扇加大了空氣流動的速度,同時建筑設計之初就減少東向西向曝光率,從而避免東西向大量吸收太陽熱度,引起室內溫度升高。

3 運用BIM 技術解決綠色建筑全生命周期節能問題

BIM 技術是建筑信息模型技術,是集成的、數字化的建筑設計和管理方式。它通過建立一個包含完整建筑信息的三維數字模型,幫助建筑工程師、建筑設計師、建筑業主等相關人員獲取信息,協作、管理和維護建筑工程的整個生命周期。通過三維數字模型,建筑師可以進行各種分析,包括性能分析、結構分析、協同工作、施工時間規劃等,從而更加精確地預測工程成本和節省時間。

隨著社會發展和人們環保意識的增強,綠色建筑的需求正在快速增長,BIM 技術作為一種高效的建筑信息模擬技術,對綠色建筑設計提供了巨大的支持,具有廣闊的應用前景,使綠色建筑的概念不僅局限于建筑設計階段,更深入到建筑施工與使用過程中。①促進綠色建筑的普及和推廣。BIM 技術可以幫助設計人員和建筑師更好地控制和優化綠色建筑的各類能耗,調動起業界對綠色建筑的積極性,促進綠色建筑的普及和推廣。②提高綠色建筑設計效率。BIM 技術的優勢是可快速生成三維設計方案,幫助設計人員進行多角度綜合分析,提高設計效率,降低設計成本。③更好地管理綠色建筑運營。BIM 技術可協助施工單位進行現場前期校驗,檢查施工過程中所用材料的適合性。同時可以在運營過程中監察綠色建筑的能耗和水耗等因素,在發生異常時發出警報,并做出相應調整。④符合未來建筑發展方向。通過BIM 技術進行模擬和優化,可以為未來建筑設計提供寶貴的經驗和建議,對推動建筑可持續發展起到積極作用。以亞洲金融大廈為例,該項目使用全鋼結構體系,使用功能比較綜合、布局復雜、體量十分大,如果運用傳統的設計及施工方式,需要耗費大量的人力物力以解決統籌問題。因此,設計方及施工單位共同協作運用了數字化的鋼結構設計和加工一體化設計,實現高裝配化設計建造,同時運用BIM 設計及平臺技術作為建筑設計、施工、運營維護的基本工具,實現了建筑全生命周期高效管控,大大的降低了建筑的施工帶來的高能耗和多污染。

綜上所述,綠色建筑設計理念的應用,在房屋建筑設計中具有重要的意義,實現對環境的最小化影響,提高建筑的節能性、環保性和可持續性,滿足人們對于生態環保和舒適健康居住環境的需求。在未來的發展中,應加強對于綠色建筑設計理念的研究和實踐,推廣綠色建筑設計的理念和技術,促進城市的環保、可持續發展。